を作成することが容易とうことであり、極めて重 擦係数をはじめとする時 うのは分析計測関係の部 られないもどかしさがあ学反応を議論できるとい とされてきたため、動摩 レーションのソフトを扱 うと化学工学に目が向け電荷の移動、すなわち化 熱平衡状態を求める手法 からすると、ナノシミュ おいては、どちらかといが わ か る と い う こ と は、 Ｃ法は同様の系における た。企業ユーザーの立場 ど発達していない日本に使われてきた。電子状態 直接得るのに対して、Ｍ 市 場 は 後 塵 を 拝 し て き く、バイオ産業が欧米ほ原理から予測するために 子や原子団の時間発展を 比較すると市販ソフトの 子を対象としたものが多や硬さ、極性などを第一 程式を解くことにより原 量子シミュレーションと Ｄの市販ソフトは生体分ＭＤは、しかしながら なった。以前はまた、Ｍおいても、分子のサイズ ある。ＭＤ法が、運動方り、また、基油の設計に ンの代表的な計算手法で る。

要である。また、各種の 間依存の物理量を求める 署であることが多い。先 った。
ミュレーションの新潮

分光学をはじめとする分 ニーズの高いトライボロ 述の通り、計算に対応す ◦原子・分子レベルのシ
ル、添加剤、硬質および ションでは、分子軌道法 析化学の実験データが対 ジーにおいては、ＭＤ法 る分析化学のデータは電以 上 の よ う に、 ト ラ イ

流の分子（薬剤分子やタン も量子シミュレーション 時変化を追うダイナミク 粘度や摩擦係数といった たいという立場からするを 見 出 し、 モ ン テ カ ル か実験と照合することが 状況があったが、最近こ本稿では、その中でも パク質など）の計算が得 技術は先行して発展して スの計算手法となること 動的な物理量は、なかな と、新しく参入しにくい応が必要である。なぜな 究開発を行うことができ 造（半導体など）の計算 ソフトのメリットは、何 いうものを提案しているた量子シミュレーション市販ソフトが流通していている。初期の段階からユーザーからみた市販 ロ・ブラウン動力学法と 難しかった。また、ＭＤ れが大きく変わろうとしら、主として主軸受は流 るのか、これまで実験的 が得意である。このため、 よりもユーザーインター が、残念ながら市販ソフ

では、専門の研究者であ

分子軌道法（MO）

Gaussian、GAMESS、MOPAC、NTChem
密度汎関数法（DFT）

VASP、WIEN2k、TAPP
分子動力学法（MD）

LAMMPS、AMBER、GROMACS、MODYLAS、Ermod、
原子・分子レベルのシミュレーション（分子シミュレーション）

除いたナノスケー 行している。

る。

SCIGRESSという電子レベルとあわトライボロジーの分野 ◦原子・分子レベルのシ せたパッケージとなって分子動力学（ＭＤ）法、 ージとしては、世界的にミュレーション

ルのシミュレーション技術は、大 においても、摺動面においる。同様の総合パッケ

別すると、電子レ ける添加剤の化学吸着おグラファイト基板

コードを一から自作するという人の割合は低かっ 当初から並列化に注力し

市 販 ソ フ ト の 市 場 も、年ほど前までは自作す うなワークステーション てきている。これまでのた。逆にＭＤに関しては、 ており、実験室にあるよ この流れに応じて変化し年 ほ い て、 相 応 の 速 度 で 実 行 が 商 品 の 根 幹 部 分 で あ っ

ざまな規模の計算機にお 計算するエンジンの部分る人の方が多く、筆者も からスパコンまで、さま 市販ソフトでは、ＭＤをその一人であった。
ところが、ここ

どで、ＬＡＭＭＰＳとい できるスケーラビリティ たが、国内ベンチャーのというWinmostar

クロスアビリティ社の開ま た、 研 究 者 が 付 加 し 発 し たう米国のＳａｎｄｉａ国 がある。
立研究所で開発された汎用 か つ オ ー プ ン ソ ー ス たいさまざまな機能を追 ソフトは、ＬＡＭＭＰＳ

ベルにおいて統一的に使 的な分子に関する知見は 生じた転回点は、スパコ ておくといった操作であ 化したものである。ＬＡは、ＵＩがさまざまなレ 和炭化水素のような典型 ある。このような流れが や特定の原子団を固定し ファイルを作ることに特こ れ ら の 特 徴 と し て ルの組みを用いるが、飽 準になろうとする勢いが でいえば、せん断の印加 シミュレータの初期設定ベルのもの（量子 よび表面反応機構の解析 モンテカルロ（ＭＣ）法 は BIOVIA Materials Studでは、力場と呼ばれる原 （ 無 料 で 改 変 可 能 ） の Ｍ 加することが容易である やＧＲＯＭＡＣＳといっシ ミ ュ レ ー シ ョ に 古 く か ら 使 わ れ て お が、分子シミュレーショ子間相互作用ポテンシャ Ｄシミュレータが業界標 （図１）。トライボロジー たオープンソースのＭＤが有名である。
io

グラフェン移着片ン）と原子・分子レベルのスケールの も の（ 分 子 シミュレーション）がある。表に、ナノシミュレーショ
ンによく用いられるソフトを挙げと い う 固 体 間 摩 Ｉを作らないことをプロFriction

汎用ソフトでは当初は難 いう印象を持たれていた 活用する必要があり、効 るので、これを見たらプ は、複雑な初期化ファイ

ソ フ ト を 販 売 し て お り、 として実験と合わないと いうライブラリを巧みに 験できるものが入ってい いる。このためユーザー中心とする研究室が市販 得ることは難しく、結果 グラミングは、ＭＰＩと 擦のなじみプロセスを体 ジェクト自体が宣言して東北大学の宮本明教授を な化合物に適した力場を 思われる。並列化のプロ

ラ イ ボ ロ ジ ー 分 野 で は、 ジーで用いるような複雑 型になったことであると グラムとして、その名も どで操作できる簡便なＵ用できることである。ト 多いものの、トライボロ ンがベクトル型から並列 る。また、サンプルプロ ＭＭＰＳでは、マウスなWinmostarの操作画面ジー的な計算が可能であ て、一般的な分子の力場 その点、ＬＡＭＭＰＳは、 試すことができる。

反応といったトライボログラムによって生成する

しかった、せん断や表面 が現在は、市販ソフト Di率的なコード作成がベク ログラミングに心得のあ ルをテキストエディタでに よ っ ト ル 型 よ り 若 干 難 し い。 る人ならば比較的容易に 書く、あるいは別のプロ
rect Force Field

図2る。
ミュレーション

◦電子レベルのシ
量子シミュレー

LAMMPSを用いたグラファイトの摩擦シミュレーション
図1

MaterialsStudio、
SCIGRESS、OCTA
総合的な材料シミュレータっても、ソフトのソース

体潤滑状態であり、動弁 な解析、あるいはマクロ 前者は製薬や化学系企業 フェース（ＵＩ）が作り ト に は 実 装 さ れ て い な
ＭＤの市販ソフトとしボア間の摺動部は、上下 ションの経験がない方々 いずれも、ＭＯでは Gaus定 を 行 え る こ と で あ る。 ては、ＡＭＢＥＲをはじ、 Ｄ Ｆ Ｔ で は Ｖ Ａ Ｓ また、計算結果を可視化 めとする生体高分子に強sianＰといった市販ソフトが す る こ と も 容 易 で あ る。 いソフトが２０００年代

死 点 付 近 で は 境 界 潤 滑、 を念頭に現状を紹介した

長 ら く 販 売 さ れ て お り、 そ れ ぞ れ の 市 販 ソ フ ト ま で は 主 流 を 占 め て いた。国内では富士通が代工程中央付近では流体潤 い。

有限要素法などによる 製品開発への利用におい は、古いものになると滑というように、エンジ ◆ソフトウェアの現状ン全体の摺動状態として

電 子レベルのシミュレーション（量子シミュレーション）

1030

はストライベック線図の 流体解析、構造解析とい て は、 後 述 す る 分 子 シ 年以上の歴史を有するた 表的なソフトを販売してソフト名全域を覆っており、オイ ったマクロな数値計算を ミュレーションよりも先 め、ＵＩが洗練されてい き た。 現 在 は計算アルゴリズム

10

ストンリングとシリンダ ものの、ナノシミュレー ど で 良 く 使 わ れ て き た。 操作などで簡単に初期設系は境界潤滑である。ピ な数値解析の経験はある で、後者は電気系企業な 込んであるため、マウス い。

百貨店のような幅広い対 立場から、どのような研 ラブといった周期的な構ン技術の博覧会あるいは ナノシミュレーションの 意であり、後者は固体ス きた。

すると、シミュレーショの立場から取り組もうと だからである。

ジンにシミュレーション ライボ技術の投入が必要 ある。前者は主に孤立系 との比較という観点から 法がある条件において経 子集団の構造、あるいは ボロジーをＭＤに活用し着眼点として自動車エン といった極めて広範なト 数法（ＤＦＴ）が有名で ることが多いため、実験 ちなみに、筆者らはＭＣ ＭＤで得られるような分トライボロジーを主な 軟質の表面コーティング （ Ｍ Ｏ ） お よ び 密 度 汎 関 応するのは電子状態であ が 良 く 用 い ら れ て き た。 子 レ ベ ル の も の が 多 い。

◆はじめにエナ ンノ ジ
シ ン
兵 ミ
大 庫の学 県ュ院 立シ 大レミ
ュ 学
レーーシション
ョ
学研
鷲 究ン
津 科
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仁 教
授
術
志特別寄稿
基本とするレベル、スケール

2016年（平成28年）
3月20日
（日曜日）
（2）

ベ ア リ ン グ 新 聞
第72号

第72号

ベ ア リ ン グ 新 聞（3）2016年（平成28年）
3月20日
（日曜日）

それでは、ナノシミュ う一つの分野に計算科学 の開発といった成功例が パコンを活用する研究開 た印象がある。平成ーション都市

年

ＦＯＣＵＳおよび兵庫 心としたシミュレーショ

タ前駅にある京コンを中

こ う し た サ ー ビ ス の た ス パ コ ン に 限 ら な い 分 野 ラ ン ド 南 地 区 は、 ポ ー ト
必 要 が あ っ た。 Winmost◆京コンピュータを中心 網膜シート移植手術の実 しても、住友ゴムによる 属する兵庫県立大学大学とする神戸のシミュレ 施といった再生医療の研 大 規 模 分 子 シ ミ ュ レ ー 院シミュレーション学研 め、とくにナノスケール として応用情報学研究科 ライナーの京コンピューを用いると、ユーザー
arは、Ｗｉｎｄｏｗｓの画究開発が盛んである。も ションによるタイヤ材料 究科（兵庫県大）も、ス のＣＡＥの間口は広がっ が同じ建物にある。

面上に表示される分子模のスパコンを利用してお レストランには、京コン 発展している。計算自体

発 者 の 育 成 を 目 的 と し、 度には約１６０法人がこ 県大の建物の１階にある ン技術の先進地区としてＦＯＣＵＳおよび兵庫 り、業界最大手の企業だ を所有する理研の研究者 は手で触れることが難し

既に計算機を用いたＣ 同時に設置された。

型を操作するだけで、オ レーションをどのように があり、その中核をなす 出始めている。
イル分子などを設定する 研 究 開 発 に 取 り 入 れ る のが２０１１年に稼働している。

万円

兵庫県大側でも研究お も利用しており、スパコ えられる。

者や来訪する企業研究者 には欠かせないものと考型計算機、通称「京コン らの材料開発で違和感な 建物に入っており、それ 心とするメーカーが幅広 院生、ＦＯＣＵＳの研究 した人的交流が技術発展
これまで実験ベースの研 模であるが充実したスパ

神戸市中央区にあるポ ピ ュ ー タ（ 京 コ ン ）」 で く 参 入 し や す い。 一 方、 ぞれが京コンよりも小規 く利用している。

最初から京コンを使っよび人材育成を行ってお ン利用に関する情報交換 ◆おわりに名と小 世界的にみても特異な空 て研究開発することはイ

ＦＯＣＵＳでは、スパ り、シミュレーション学 が 盛 ん に 行 わ れ て い る、

京コンは、２０１１年 究開発を行っている企業 コンを有する。

現在は南側の第２期さら ０ ０）、 昨 年 の 段 階 で も うに導入したら良いかわ コンの企業ユーザーへの 研究科では教員り込むという戦略をとっ （当時）の人工島であり、 に世界第１位（ＴＯＰ５ は、ＣＡＥ技術をどのより、多くのユーザーを取 １年に竣工した世界最大

程 度 に 抑 え る こ と に よ ートアイランドは１９８ ある。

２）。 市 販 価 格 を

計 算 を 実 行 で き る（ 図 介したい。

ＡＭＭＰＳを呼び出して ついて、神戸の事例を紹 研究機構（理研）の超大 業の場合、分子レベルか 県大は京コンに隣接する けでなく、関西地区を中 たち、兵庫県大の教員や いものであるため、こうことができ、そこからＬ か、という導入の環境に た理化学研究所計算科学 ＡＥ技術の蓄積がある企

27ースのＯＳであるＬｉｎ 空 港（ ２ ０ ０ ６ 年 開 港 ） り、大規模データ解析性 多い。このような参入障 ソフトウェアの利用に関 に修士課程といえる。

名、博士課 訪問者も多い。

から何か計算化学的なア

他には、近隣の神戸大 プローチによって研究開うように、分野別では現 「 京 」 の 産 業 利 用 の 促 進 入すると価格の高いソフ ている。スパコンの計算 教員、大学院生は少ない という方には、大変手前

とくにポートアイラン 在もトップを保持してい を図り産業界のスパコン トウェアの時間利用も可 結果を見る、すなわち可 が学会や研究会が頻繁に 味噌で恐縮であるが、世Ｓ細胞を用いた世界初の したものづくりの事例と された。また、筆者の所 談にも対応している。

気 を 博 し て い る。 ま た、 このように、ポートアイ したい。

Ｄの世界でも生じている る。医療分野では、ｉＰ いるが、スパコンを活用 の供用開始と同時に設立 しており、各種の技術相 り、一般公開などでも人 企 業 も 集 ま り つ つ あ る。 問いただくことをお勧め

し た こ と と 同 じ 状 況 が Ｍ 術 振 興 の 区 域 と な っ て い 基 礎 科 学 で 実 績 を 残 し て （ Ｆ Ｏ Ｃ Ｕ Ｓ ） が 京 コ ン と す る 研 究 者 が 数 名 常 駐 可 視 化 装 置 Ｃ Ａ Ｖ Ｅ が あ の メ ー カ ー、 ベ ン チ ャ ー ト ア イ ラ ン ド 南 地 区 を 訪ることにメーカーが変化 都市構想に基づく科学技 や天文学、気象といった とする計算科学振興財団 シミュレーションを専門 しては珍しい三次元立体 はシミュレーション関係 の環境の整っているポーのような付加価値をつけ ド南地区は神戸医療産業 る。京コンは、素粒子論 利用企業層の拡大を目的 能 と な っ て い る。 ま た、 視化の技術として大学と 開催されている。近隣に 界的にみても最高レベルいられるＡｎｄｒｏｉｄＩや、携帯電話などで用 区である。

Ｓの設計自体よりも、Ｕ 療および教育の盛んな地 も世界第１位であるとい お よ び 兵 庫 県 に よ っ て、 頻繁に開催しており、購 代のＣＡＥ技術を研究し 学の施設でも、常駐する 発プロセスを加速したい

ｕｘの誕生によって、Ｏ を擁する貿易、産業、医 能のランキングでは現在 壁を下げるため、神戸市 する講習会、セミナーを 程４名の大学院生が次世

20ちょうど、オープンソ に海を挟んで南側に神戸 世 界 第 ４ 位 の 実 力 で あ からない、という場合も 廉 価 に よ る 貸 出 の ほ か、 ぶりながら、各学年ごと 間である。外国人研究者、 メージできないが、これ

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